这种生物基材料比蜘蛛丝更坚固

作为汽车和航空零部件的支柱，复合材料或金属的替代品是可行的、可扩展的生物材料该项目由瑞典最古老的技术大学——瑞典皇家理工学院牵头。

今年早些时候，那里的研究人员透露，他们已经设计了一种纤维素纳米纤维——也就是树木和植物的基石——据称比蜘蛛丝更硬8倍，强度为20%，而蜘蛛丝通常被认为是世界上最强的生物衍生物质。对于喜欢数据的人来说:它的抗拉强度为1.57吉帕斯卡;蜘蛛丝的GPa从0.6到1.3。

据KTH研究人员丹尼尔·索德伯格(Daniel Soderberg)称，这种轻量材料可能会在许多领域得到应用，从汽车到航空零部件，从家具到医疗设备，比如人工关节(尽管后者的应用需要更长的时间才能出现)。它可以用来替代一些金属、合金或陶瓷，帮助解决和减少与这些材料生产相关的碳排放。

“制造工程材料的最大挑战之一是——能够为社会制造‘真正的产品’的材料——Soderberg在一封电子邮件中回复了我关于该项目的问题。

“在我们的工作中，我们成功地培养了一个这样的纳米组分，即纳米纤维素，这是大自然的高性能建筑块，通过进化制造，以构建例如树木和植物，以制造可用的...物质，具有卓越的机械性能纳米元件的性能。”

他们是如何做到的

研究人员使用现有的商用云杉和松树的纳米纤维制造了这种材料。它实际上是多种纤维的混合:一系列独立的纤维——每一根直径约为2-5纳米，长度可达700纳米——通过将它们悬浮在一个1毫米不锈钢通道中的去离子水和低pH值水中而堆积在一起。这允许“超核相互作用”将单个链连接在一起。

研究人员的灵感来自大自然:通过研究树木外细胞壁的排列方式以及它们如何结合在一起。(你知道，就是那些帮助它们保持结构的东西，即使它们达到100英尺或更高的高度。)你可以在这一技术文章索德伯格的合著者，描述了这项研究。

缺点是什么?索德伯格的合著者之一，Nitesh Mittal，告诉《化学与工程新闻》湿度会影响纳米纤维的性能并削弱它们。这意味着纤维素纳米纤维必须与其他生物基材料结合才能真正实用。

对生物材料最大的反对之一是与迁移到新的制造或操作过程相关的可感知的费用。索德伯格在回答另一个问题时写道，根据目前已知的情况，这种生物材料的生产过程的成本将与制造凯夫拉纤维相当。

KTH团队正在与另一家瑞典研究机构RISE Bioeconomy合作，努力生产更多的这种材料，以便在实际应用中进行测试。研究人员希望在10月之前获得他们的工艺的专利，这将指导下一步走向商业化。